KR101774135B1

KR101774135B1 - 냉장고

Info

Publication number: KR101774135B1
Application number: KR1020160000322A
Authority: KR
Inventors: 정명진; 차경훈; 박효근; 김경석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2017-09-01
Also published as: KR20170081372A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 응축기를 통과한 냉매를 중간 온도 및 중간 압력의 2상 냉매로 1단 팽창시키는 제 1 팽창변과, 상기 제 1 팽창변을 통과한 냉매 전부를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 2 팽창변을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 팽창변과 상기 제 2 팽창변 사이에 냉매 트랩이 배치되어, 상기 제 1 팽창변을 통과한 기상 냉매를 액상 냉매로 상변화시켜, 냉매의 건도를 낮춤으로써, 증발기의 냉각 능력을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

Description

냉장고{Refrigerator}

본 발명은 냉장고에 관한 것이다.

냉장고의 냉각 능력을 향상시키기 위한 방법으로서, 응축기를 통과한 냉매를 2단 또는 다단 팽창시키는 방법이 널리 알려져 있다.

즉, 냉매를 2단 또는 다단 팽창시키면, 1단 팽창의 경우에 비하여 증발기 입구로 유입되는 냉매의 건도(quality)가 낮아진다. 냉매의 건도가 낮아지면 증발기의 냉력(또는 열흡수 능력)이 그만큼 증가하게 된다. 그 결과, 해당 증발기가 설치된 냉각실(냉장실 또는 냉동실)을 단시간에 설정 온도로 냉각시킬 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 냉매의 다단 팽창을 통하여 냉장고의 냉각 능력을 향상시키는 기술이 아래 선행 기술에 개시되어 있다.

그러나, 상기 선행 기술에 개시되는 냉장고의 냉각 사이클에 의하면 다음과 같은 단점이 있다.

첫째, 1단 팽창 과정을 통과한 2상 냉매는 기액 분리기에 포집되고, 기액 분리기 내에서 기체 상태로 존재하는 냉매를 바이패스 시켜 압축기로 보내야 한다. 따라서, 바이패스 배관 구조가 필요한 단점이 있다.

둘째, 기액 분리기에서 바이패스된 냉매는 압축기로 보내지며, 상기 압축기는 1단 팽창을 통과한 중간 압력의 기상 냉매와, 2단 팽창을 통과한 저압의 기상 냉매를 다단 압축할 수 있는 다단 압축기일 것이 요구된다. 다시 말하면, 단일 증발기를 쓰는 냉각 사이클임에도 불구하고, 압축기는 다단 압축 능력이 있는 압축기일 것이 요구되는 단점이 있다.

셋째, 2단 팽창을 통하여 증발기로 유입되는 냉매의 건도가 낮아져서 증발기의 냉각 능력은 증가할 수 있으나, 증발기로 유입되는 냉매의 양이 감소함에 따라 사이클 제어가 어려워지는 단점이 있다.

일본공개특허제2005-257149호(2005년9월22일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 응축기를 통과한 냉매를 중간 온도 및 중간 압력의 2상 냉매로 1단 팽창시키는 제 1 팽창변과, 상기 제 1 팽창변을 통과한 냉매 전부를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 2 팽창변을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 팽창변과 상기 제 2 팽창변 사이에 냉매 트랩이 배치되어, 상기 제 1 팽창변을 통과한 기상 냉매를 액상 냉매로 상변화시켜, 냉매의 건도를 낮춤으로써, 증발기의 냉각 능력을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매 트랩은, 상기 냉매 트랩 내부의 냉기 온도보다 낮은 온도로 유지되는 냉장실측에 배치되어, 상기 냉매 트랩의 열이 상기 냉장실 냉기로 흡수되면서 상기 냉매 트랩 내부의 냉매의 건도가 낮아지도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 이루는 냉장고에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 1단 팽창 후 발생한 기상 냉매를 압축기로 바이패스 시킬 필요가 없기 때문에, 냉각 사이클이 복잡해지는 단점이 개선되는 효과가 있다.

둘째, 1단 팽창후 발생한 기상 냉매를 압축기로 바이패스 시킬 필요가 없기 때문에, 다단 압축기가 적용되지 않아도 되는 장점이 있다.

셋째, 1단 팽창 후 발생한 기상 냉매가 바이패스되지 않으므로, 증발기로 유입되는 냉매의 양이 종래의 다단 팽창 냉각 사이클 구조에 비하여 증가하여, 냉각 능력이 향상되는 효과가 있다.

넷째, 다단 팽창된 냉매가 유입되는 증발기가 냉동실에 배치됨으로써, 단시간에 신속하게 냉동실을 냉각할 수 있는 장점이 있다.

다섯째, 다단 팽창된 냉매 전부가 증발기로 유입되어 냉동실을 냉각시킴으로써, 다단 팽창을 하지 않는 일반적인 냉각 사이클 뿐만 아니라 다단 팽창하되 냉매를 바이패스 시키는 형태의 종래의 냉각 사이클에 비하여 전력 소비가 감소하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 구조를 보여주는 냉각 사이클.
도 2는 도 1의 A부분의 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각 사이클의 P-h 선도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 구조를 보여주는 냉각 사이클.
도 5는 본 발명이 제 2 실시예에 따른 냉각 사이클의 P-h 선도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 구조를 보여주는 냉각 사이클.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각 사이클의 P-h선도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 구조를 보여주는 냉각 사이클이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장고는, 내부에 냉장실(111)과 냉동실(112)이 구비되는 캐비닛(11)과, 상기 냉장실(111) 및 냉동실(112)을 냉각하기 위한 냉각 사이클(20)을 포함할 수 있다.

상세히, 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉각 사이클은, 단일 압축기 및 단일 증발기로 구성되며, 상기 증발기는 냉동실 증발기이다. 그리고, 제 1 실시예에 따른 냉장고는, 냉동실 냉기가 냉장실로 유입되어 냉장실이 냉각되는 냉장고인 것을 특징으로 한다.

더욱 상세히, 상기 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉각 사이클(20)은, 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축하는 압축기(21)와, 상기 압축기(21)를 통과한 냉매를 고온 고압의 액체 냉매로 응축하는 응축기(22)와, 상기 응축기(22)를 통과한 냉매를 다단 팽창 시키는 팽창 부재(23)와, 1단 팽창(또는 1차 팽창) 과정을 거친 2상 냉매를 포집하는 냉매 트랩(24)과, 상기 팽창 부재(23)를 통과한 저온 저압의 2상 냉매를 증발시키는 증발기(25), 및 상기 냉매 사이클을 정의하는 구성들을 연결하여 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관(26)을 포함할 수 있다.

상기 팽창 부재(23)는, 상기 응축기(22)를 통과한 냉매를 1단 팽창시키는 제 1 팽창변(231)과, 상기 제 1 팽창변(231)을 통과하면서 1단 팽창한 냉매를 2단 팽창(또는 2차 팽창)시키는 제 2 팽창변(232)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 냉매 트랩(24)은 상기 제 1 팽창변(231)과 제 2 팽창변(231) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 냉매 배관(26)은, 상기 압축기(21)와 상기 응축기(22)를 연결하는 압축 냉매 배관(261)과, 상기 응축기(22)와 상기 제 1 팽창변(231)을 연결하는 응축 냉매 배관(262)과, 상기 팽창 부재(23)와 상기 증발기(25)를 연결하는 팽창 냉매 배관(265), 및 상기 증발기(25)와 상기 압축기(21)를 연결하는 증발 냉매 배관(266)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 팽창 냉매 배관(265)은, 상기 제 1 팽창변(231)과 상기 제 2 팽창변(232)을 연결하는 1단 팽창 냉매 배관(263)과, 상기 제 2 팽창변(232)과 상기 증발기(25)를 연결하는 2단 팽창 냉매 배관(264)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 1단 팽창 냉매 배관(263)은, 상기 제 1 팽창변(231)과 상기 냉매 트랩(24)을 연결하는 트랩 입구 배관(263a)과, 상기 냉매 트랩과 상기 제 2 팽창변(232)을 연결하는 트랩 출구 배관(263b)을 포함할 수 있다.

한편, 상기 제 1 팽창변(231)을 통과하는 냉매는 냉장실 온도보다 높은 온도로 팽창되고, 상기 냉매 트랩(24)은 상기 냉장실(111)에 배치될 수 있다. 상기 냉매 트랩(24)이 냉장실에 배치되는 것의 의미는, (i) 상기 냉매 트랩(24)이 냉장실 냉기에 노출되는 형태로 제공되거나, (ii) 상기 냉장실(111)을 정의하는 상기 캐비닛(11)의 벽 내부에 매설되는 경우를 포함하는 것으로 정의될 수 있다.

다시 말하면, 상기 냉매 트랩(24)이 상기 냉장실 후벽에 부착되거나, 상기 냉장실(111)로 연결되는 냉매 유로 상에 놓여서, 상기 냉매 트랩(24) 내부에 있는 기체 상태의 냉매가 상기 냉장실(111)로 열을 빼앗기면서 응축되도록 할 수 있다.

또는, 상기 냉매 트랩(24)이 상기 냉장실(111)을 정의하는 벽의 내부에서 단열재에 의하여 둘러싸이는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 냉매 트랩(24)이 단열재 내부에 배치되더라도, 상기 냉매 트랩(24)으로부터 상기 냉장실(111) 냉기로 열이 전달되면서 상기 냉매 트랩(24)의 온도는 하강하게 된다. 다만, 상기 냉매 트랩(24)이 냉장실 냉기에 직접 노출되는 경우에 비하여 열전달 속도가 느려질 뿐이다.

여기서, 상기 냉매 트랩(24)이 상기 냉장실(111) 측에 배치되어, 냉장실 냉매로 열을 빼앗겨 상기 냉매 트랩(24) 내부에 있는 기체 상태의 냉매가 액체 상태로 응축되므로, 상기 냉매 트랩(24)과 압축기를 연결하는 바이패스 배관이 필요 없다. 그리고, 상변화를 통하여 액상 냉매의 양이 증가하게 되고, 상기 증가된 액상 냉매가 상기 제 2 팽창변(232)으로 유입된다. 따라서, 별도의 바이패스 배관 없이 냉각 사이클 내부의 냉매 전부가 다단 팽창 과정을 거친 후, 상기 증발기(25)로 유입되므로, 상기 증발기(25)의 냉각 능력이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

만일, 상기 냉매 트랩(24)이 상기 냉동실(112) 측에 배치되는 경우, 1단 압축된 냉매가 과냉각되어 냉매의 팽창이 정상적으로 이루어지지 못할 수 있다. 따라서, 상기 냉매 트랩(24)은 응축 온도보다 낮고 냉장실 온도보다 높은 지점에 배치되는 것이 좋다.

도 2는 도 1의 A부분의 확대 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 트랩(24)은, U자형 관일 수 있다. 그리고, 상기 냉매 트랩(24) 내부에는 기상 냉매(g)와 액상 냉매(l)가 함께 존재한다.

상세히, 상기 냉매 트랩(24)은, 상기 트랩 입구 배관(263a)의 출구단(263a')이 삽입되는 제 1 직선부(241)와, 상기 트랩 출구 배관(263b)의 입구단(263b')이 삽입되는 제 2 직선부(242)와, 상기 제 1 직선부(241)의 하단부와 상기 제 2 직선부(242)의 하단부를 연결하는 라운드부(243)를 포함할 수 있다. 상기 라운드부(243)는 소정의 곡률 반경(R)을 가지고 라운드지는 형태로 이루어질 수 있다. 일례로서, 상기 라운드부(243)의 곡률 반경(R)은 25mm ~ 35mm일 수 있고, 바람직하게는 30mm일 수 있다.

또한, 상기 냉매 트랩(24)의 내경은 0.3인치 ~ 0.7 인치일 수 있고, 바람직하게는 0.5인치일 수 있다.

또한, 상기 트랩 입구 배관(263a)의 내경은 0.75mm일 수 있고, 상기 트랩 출구 배관(263b)의 직경은 0.85mm일 수 있다.

한편, 상기 트랩 입구 배관(263a)의 출구단(263a')은 상기 트랩 출구 배관(263b)의 입구단(263b')보다 높게 위치한다. 다시 말하면, 상기 트랩 출구 배관(263b)의 입구단(263b')은 상기 냉매 트랩(24)의 제 2 직선부(242) 내부로 깊게 인입되어, 상기 라운드부(243)에 가까운 위치에 놓이도록 한다.

1단 팽창된 2상 냉매 중 액상 냉매(l)는 상기 냉매 트랩(24)의 바닥부에 해당하는 상기 라운드부(243)에 고이게 된다. 따라서, 상기 입구단(263b')이 상기 라운드부(243)에 근접하게 위치하여 상기 액상 냉매(l)에 잠기도록 함으로써, 액상 냉매만이 상기 입구단(263b')으로 유입되도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각 사이클의 P-h 선도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각 사이클의 구동이 시작되면, 선도 S1을 따라 냉매의 상태가 변화된다.

상세히, 상기 압축기(21) 내로 유입된 냉매는 증발 압력(P1)에서 응축 압력(P2)으로 압축된다. 압축이 시작되는 냉매는 증발 압력(P1) 상태의 포화 기체 또는 과포화 기체 상태(지점 a)이고, 압축이 완료되면 응축 압력(P2) 상태의 과포화 기체 상태가 된다(지점 b).

또한, 응축 압력(P2)으로 압축된 기체 냉매는 상기 응축기(22)를 통과하면서 응축 온도(Td)와 응축 압력(P2)의 포화 액체 상태로 상변화된다(지점 c). 그리고, 상기 팽창 부재(23)를 통과하면서 저온 저압의 2상 냉매로 팽창하면서 상변화된다(지점 f).

상세히, 상기 냉매가 상기 제 1 팽창변(231)을 통과하면 중간압(P3) 및 중간 온도(Ta) 상태의 2상 냉매가 된다(지점 d).

그리고, 상기 중간압(P3) 및 중간 온도(Ta) 상태의 2상 냉매는, 상기 냉매 트랩(24)에 머무는 동안, 상기 냉장실(111)로 열을 빼앗기면서 액상 냉매로 상변화 하여, 냉매의 건도가 0에 가깝게 낮아진다(지점 e).

그리고, 기체 상태에서 액체 상태로 상변화된 냉매가 상기 제 2 팽창변(232)을 통과하여 증발압(P1) 및 증발 온도(Tc) 상태의 2상 냉매로 팽창한다(지점 f).

그리고, 상기 냉매가 2단 팽창하면서, 1단 팽창한 냉매와 비교하여 건도가 더 낮아지게 된다. 도 3의 선도 S2에서 보이는 바와 같이, 한번만 팽창하여 증발기(25)로 유입되는 냉매의 건도(지점 k)보다, 2단 압축하여 증발기(25)로 유입되는 냉매의 건도(지점 f)가 더 낮음을 알 수 있다.

따라서, 종래의 1단 팽창하는 냉각 사이클에서 증발기(25)가 흡수할 수 있는 열량(Q1) 뿐만 아니라, 낮아진 건도 만큼 열량(Q2)을 더 흡수할 수 있다. 즉, 상기 증발기(25) 입구에서 액상 냉매의 양이 종래보다 많기 때문에, 더 많은 열을 냉동실 냉기로부터 흡수하여 액상 냉매가 기상 냉매로 증발할 수 있다. 뿐만 아니라, 냉동실 온도를 설정 온도로 냉각하는데 걸리는 시간이 단축될 수 있다.

또한, 본 발명의 경우, 1단 팽창 후 기상 냉매가 바이패스되지 않기 때문에, 상기 증발기(25)로 유입되는 냉매의 양은 항상 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 증발기(25)의 냉동 능력이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

정리하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉각 사이클에 의하면, 냉매는 P-h 선도 상에서 a→b→c→d→e→f→a를 따르는 선도 S1을 구성한다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 구조를 보여주는 냉각 사이클이다.

이하에서는 제 1 실시예에서 설명된 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일 번호와 명칭을 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉장고의 냉각 사이클(40)은, 제 1 실시예에 따른 냉각 사이클(20)과 비교하여 다음과 같은 차이가 있다.

(1) 냉장실 냉각을 위한 냉장실 증발기(43)가 별도로 더 제공된다.

(2) 상기 응축기(22)의 출구단에 분지 밸브(41)가 구비되고, 상기 증발기(25) 및 상기 냉장실 증발기(43)가 상기 분지 밸브에 병렬 연결된다.

(3) 상기 분지 밸브(41)와 상기 냉장실 증발기(43) 사이에 냉장실 팽창변(42)이 구비된다.

(4) 상기 증발기(25)에서 유입되는 냉매를 1단 압축하고, 1단 압축된 냉매와 상기 냉장실 증발기(43)에서 유입되는 냉매가 합쳐진 상태에서 냉매를 2단 압축하는 다단 압축기(21a)가 적용된다.

상기의 차이점 외에, 상기 분지 밸브(41)와 상기 증발기(25) 사이에 두 개의 팽창변(231,232)이 배치되어 냉매를 다단 팽창시키는 구성과, 두 개의 팽창변(231,232) 사이에 냉매 트랩(24)이 배치되어, 1단 팽창된 냉매의 건도를 낮추는 구성은 제 1 실시예와 동일하다.

다시 말하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 사이클(40)은, 제 1 실시예에 따른 냉각 사이클(20)에, 냉장실 냉각을 위한 냉장실 팽창변(42) 및 냉장실 증발기(43)가 추가되어, 상기 응축기(22)의 출구에 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 제 2 실시예에서는, 상기 압축기(21)는 냉동실 압축기로 정의될 수 있고, 상기 증발기(25)는 냉동실 증발기로 정의될 수 있다.

또한, 상기 팽창 부재(23)는 냉동실 팽창변으로 정의될 수 있고, 상기 제 1 팽창변(231)은 제 1 냉동실 팽창변으로 정의될 수 있으며, 상기 제 2 팽창변(232)은 제 2 냉동실 팽창변으로 정의될 수 있다.

또한, 상기 1단 팽창 냉매 배관(263)은 1단 냉동실 팽창 냉매 배관으로 정의될 수 있고, 상기 2단 팽창 냉매 배관(264)은 2단 냉동실 팽창 냉매 배관으로 정의될 수 있다.

또한, 제 2 실시예에 따른 냉각 사이클(40)은, 상기 분지 밸브(41)와 상기 냉장실 팽창변(42)을 연결하는 냉장실 응축 냉매 배관(262a)과, 상기 냉장실 팽창변(42)과 상기 냉장실 증발기(43)를 연결하는 냉장실 팽창 냉매 배관(265a), 및 상기 냉장실 증발기(43)와 상기 압축기(21a)를 연결하는 냉장실 증발 냉매 배관(266a)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 분지 밸브(41)와 상기 제 1 팽창변(231)을 연결하는 상기 응축 냉매 배관(262) 부분은, 본 실시예에서는 냉동실 응축 냉매 배관으로 정의될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하면, 상기 냉장실(111)과 냉동실(112)의 온도에 따라서, 상기 분지 밸브(41)의 개도가 조절된다. 예를 들어서, 상기 냉장실(111)은 설정 온도로 유지되는 반면, 상기 냉동실(112) 부하가 증가한 경우에는 상기 분지 밸브(41)는 상기 냉장실 응축 냉매 배관(262a)은 완전히 폐쇄하고, 상기 냉동실 응축 냉매 배관(262)만 개방하도록 제어될 수 있다. 이 경우는, 상기 제 1 실시예와 동일한 제어 방법에 의하여 냉각 사이클이 작동한다고 볼 수 있다.

다른 예로서, 상기 냉장실(111)의 부하는 증가한 반면, 상기 냉동실(112)은 설정 온도로 유지되는 경우에는, 상기 냉장실 응축 냉매 배관(262a)만 개방되도록 상기 분지 밸브(41)의 개도가 조절된다. 이 경우는, 다단 팽창이 없는 일반적인 냉각 사이클의 제어 방법에 의하여 냉각 사이클이 작동한다고 볼 수 있다.

한편, 상기 냉장실(111)과 냉동실(112)의 부하가 모두 증가하여 두 저장실을 냉각할 필요가 있다고 판단되면, 각 저장실의 부하에 따라 상기 분지 밸브(41)의 개도가 조절되어, 상기 냉장실 응축 냉매 배관(262a)과 냉동실 응축 냉매 배관(262) 모두로 냉매가 흐르도록 한다.

도 5는 본 발명이 제 2 실시예에 따른 냉각 사이클의 P-h 선도이다.

도 5를 참조하면, 도시된 냉각 사이클 선도는, 상기 냉장실(111)과 냉동실(112)의 부하가 모두 증가하여, 냉장실 증발기(43)와 증발기(25)로 냉매가 나뉘어 흐르는 경우의 선도이다. 즉, 본 실시예에 따른 냉각 사이클을 구성하는 전체 냉매량은, 상기 냉장실 증발기(43) 쪽으로는 흐르는 냉매와 상기 증발기(25) 쪽으로 흐르는 냉매의 합으로 정의될 수 있다.

상세히, 상기 분지 밸브(41)에 의하여 상기 증발기(25) 쪽으로 나뉘어 흐르는 냉매는, a'→b'→c'→d'→e'→f'→g'→h'→a'를 연결하는 선도를 따른다. 그리고, 상기 분지 밸브(41)에 의하여 상기 냉장실 증발기(25) 쪽으로 나뉘어 흐르는 냉매는, c'→d'→e'→m'→c'를 연결하는 선도를 따른다.

더욱 상세히, 상기 압축기(21a)는 다단 압축기(21a)로서, 냉동실 증발압(P1) 및 냉동실 증발 온도(Tc)로 상기 증발기(25)를 통과하는 포화 또는 과포화 기체 상태의 냉매(지점 a')를 냉장실 증발압(P1)까지 1단 압축시킨다(지점 b').

그리고, 상기 1단 압축된 냉매는, 냉장실 증발압(P4)과 냉장실 증발 온도(Tb)로 상기 냉장실 증발기(43)를 통과하는 포화 또는 과포화 기체 상태의 냉매와 합류한다. 그러면, 합류된 냉매는 냉장실 증발압(P4)을 유지하면서, 냉장실 증발기 출구 온도와 1단 압축 후의 온도 사이의 온도로 변화된다(지점 c').

이 상태에서, 상기 압축기(21a)는 냉매를 2단 압축하여 응축 압력(P2)으로 압축시킨다(지점 d'). 그리고, 상기 냉매는 상기 응축기(22)를 통과하면서 응축 온도(Td)와 응축 압력(P2)의 포화 액체 상태로 상변화 된다. 그리고, 상기 분지 밸브(41)에 의하여, 상기 포화 액체 상태의 냉매는 상기 팽창 부재(23)와 상기 냉장실 팽창변(42)으로 나뉘어 흐른다.

상세히, 상기 팽창 부재(23)로 나뉘어 흐르는 냉매는, 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 1단 팽창(지점 f')과, 상기 냉매 트랩(24)에 의한 건도 저하 과정(지점 g') 및 2단 팽창(지점 h')을 순차적으로 거치게 된다. 다만, 제 2 실시예에서 상기 팽창 부재(23)로 흐르는 냉매의 양은, 상기 제 1 실시예에서 상기 팽창 부재(23)로 흐르는 냉매의 양보다 작을 것이다.

결과적으로, 다단 팽창하지 않았을 때 냉동실 증발기 입구(지점 k')에서의 냉매의 건도보다 다단 팽창하였을 때 냉동실 증발기 입구(지점 h')에서의 냉매의 건도가 더 낮게 되어, 다단 팽창하지 않았을 때의 증발기 흡열량(Q3)보다 더 많은 열량(Q3+Q4)을 상기 증발기(25)에서 흡수할 수 있게 된다.

한편, 상기 냉장실 팽창변(42) 쪽으로 흐르는 냉매는 팽창 과정을 통해 중간 압력(P4)과 냉장실 증발 온도(Tb)로 팽창된다. 여기서, 냉장실 증발 온도(Tb)는 상기 중간 온도(Ta)보다 낮게 형성되어, 상기 냉매 트랩(24)으로 포집된 냉매로부터 상기 냉장실(111) 쪽으로 열이 전달되며, 그 결과 상기 냉매 트랩(24) 내부의 기체 냉매가 액체 냉매로 상변화된다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 구조를 보여주는 냉각 사이클이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉장고의 냉각 사이클(60)은, 냉동실을 냉각하기 위한 냉각 사이클과, 냉장실을 냉각하기 위한 냉각 사이클이 독립적으로 구현되는 2압축기-2사이클인 것을 특징으로 한다.

상세히, 상기 냉동실을 냉각하기 위한 냉각 사이클은 상기 제 1 실시예에 따른 다단 팽창 기능이 구현된 냉각 사이클(20)과 동일하고, 상기 냉장실을 냉각하기 위한 냉각 사이클은 종래의 냉각 사이클 구조가 적용될 수 있다. 그리고, 본 실시예에서 설명되는 응축기(22)는 냉동실 응축기로 정의될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 제 1 실시예의 압축기(21)는 냉동실 압축기로 정의될 수 있고, 증발기(25)는 냉동실 증발기로 정의될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 제 1 실시예의 팽창 부재(23)는 냉동실 팽창변으로 정의될 수 있고, 상기 제 1 팽창변(231)은 제 1 냉동실 팽창변으로 정의될 수 있으며, 상기 제 2 팽창변(232)은 제 2 냉동실 팽창변으로 정의될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 제 1 실시예의 1단 팽창 냉매 배관(263)은 1단 냉동실 팽창 냉매 배관으로 정의될 수 있고, 상기 2단 팽창 냉매 배관(264)은 2단 냉동실 팽창 냉매 배관으로 정의될 수 있다.

더욱 상세히, 상기 냉장실 냉각을 위한 냉각 사이클은, 냉장실 압축기(61)와, 냉장실 응축기(62)와, 냉장실 팽창변(63)과, 냉장실 증발기(64), 및 이들을 연결하는 냉장실 냉매 배관(65)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 냉장실 냉매 배관(65)은, 냉장실 압축기(61)와 냉장실 응축기(62)를 연결하는 냉장실 압축 냉매 배관(651)과, 상기 냉장실 응축기(62)와 상기 냉장실 팽창변(63)을 연결하는 냉장실 응축 냉매 배관(652)과, 상기 냉장실 팽창변(63)과 상기 냉장실 증발기(64)를 연결하는 냉장실 팽창 냉매 배관(653), 및 상기 냉장실 증발기(64)와 상기 냉장실 압축기(61)를 연결하는 냉장실 증발 냉매 배관(654)을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 냉장실 냉각을 위한 냉매와 냉동실 냉각을 위한 냉매는 서로 혼합되지 않고 독립적인 폐순환 유로를 형성하되, 상기 냉매 트랩(24)은 냉장실 냉기와 열교환을 한다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각 사이클의 P-h선도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각 사이클은, 냉동실 냉각용 냉각 사이클이 따르는 선도(C1)와 냉장실 냉각용 냉각 사이클이 따르는 선도(C2)가 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상세히, 상기 냉동실 냉각용 냉각 사이클 선도(C1)는 제 1 실시예에 따른 냉각 사이클 선도와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

그리고, 상기 냉장실 냉각용 냉각 사이클 선도(C2)를 설명하면, 냉매는 냉장실 압축기(61)에 의하여 응축 압력(P5)으로 압축되고(지점 u), 냉장실 응축기(62)에 의하여 응축 온도(T2)로 응축된다(지점 v). 그리고, 상기 냉장실 팽창변(63)을 통과하면서 증발 압력(P4) 및 증발 온도(Tb)의 2상 냉매로 팽창되며(지점 w), 상기 냉장실 증발기(64)를 통과하면서 증발 압력(P4)의 포화 기체 또는 과포화 기체로 증발되는 과정을 거친다.

여기서, 냉장실 냉각용 냉매의 증발 온도(Tb)는 상기 냉동실 냉각용 냉각 사이클의 중간 압력(P3)에서의 상기 중간 온도(Ta)보다 낮게 형성된다. 따라서, 상기 냉장실 증발 압력(P4)도 상기 중간 압력(P3)보다 낮게 형성된다. 이는, 상기 냉매 트랩(24)의 냉매 온도가 냉장실 온도보다 낮아서, 냉매 트랩(24)에 포집된 기상 냉매가 액상 냉매로 상변화되도록 하기 위하여 반드시 요구된다고 하겠다.

그리고, 상기 냉장실 냉각용 냉각 사이클 선도(C2)의 응축 압력(P5)은 상기 냉동실 냉각용 냉각 사이클 선도(C1)의 응축 압력(P2)보다 높게 형성될 수 있다. 그러면, 당연히 냉장실 응축기(62)의 응축 온도(Te)도 상기 냉동실 응축기(22)의 응축 온도(Td)보다 높게 형성될 것이다.

Claims

냉장실과 냉동실을 포함하는 캐비닛; 및
상기 냉동실 또는 상기 냉장실과 냉동실 모두를 냉각하기 위하여 제공되는 냉각 사이클을 포함하고,
상기 냉각 사이클은,
냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축하는 압축기;
상기 압축기를 통과한 냉매를 고온 고압의 액체 상태로 응축시키는 응축기;
상기 응축기를 통과한 냉매를 중간 온도 및 중간 압력의 2상 냉매로 1단 팽창시키는 제 1 팽창변과, 상기 제 1 팽창변을 통과한 냉매 전부를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 2 팽창변을 포함하는 팽창 부재;
상기 제 1 팽창변과 상기 제 2 팽창변 사이에 배치되며, 상기 제 1 팽창변을 통과한 기상 냉매를 액상 냉매로 상변화시켜, 냉매의 건도를 낮추는 냉매 트랩; 및
상기 제 2 팽창변을 통과한 2상 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 상변화시키는 증발기를 포함하며,
상기 냉매 트랩은, 상기 냉장실에 배치되어, 상기 냉매 트랩 내부에 있는 기체 상태의 냉매가 상기 냉장실로 열을 빼앗기면서 액상으로 응축되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 1 항에 있어서,
상기 중간 온도는 상기 냉장실 냉기의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 2 항에 있어서,
상기 냉매 트랩은 상기 냉장실 냉기에 노출되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 2 항에 있어서,
상기 냉매 트랩은 상기 냉장실을 정의하는 단열벽 내부에 매설되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 1 항에 있어서,
상기 냉매 트랩은 U자형 관을 포함하는 냉장고.
제 5 항에 있어서,
상기 냉매 트랩의 관경은 0.3인치 ~ 0.7인치 범위 내인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 5 항에 있어서,
상기 냉매 트랩의 관경은 0.5인치인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 5 항에 있어서,
상기 팽창 부재와 상기 증발기를 연결하는 냉매 배관은,
상기 제 1 팽창변과 상기 제 2 팽창변을 연결하는 1단 팽창 냉매 배관과,
상기 제 2 팽창변과 상기 증발기를 연결하는 2단 팽창 냉매배관을 포함하는 냉장고.
제 8 항에 있어서,
상기 1단 팽창 냉매 배관은,
상기 제 1 팽창변과 상기 냉매 트랩의 일 단부를 연결하는 트랩 입구 배관과,
상기 냉매 트랩의 타 단부와 상기 제 2 팽창변을 연결하는 트랩 출구 배관을 포함하는 냉장고.
제 9 항에 있어서,
상기 트랩 입구 배관과 상기 트랩 출구 배관은 상기 냉매 트랩 내부로 삽입되고,
상기 트랩 출구 배관은 상기 트랩 입구 배관보다 더 깊이 상기 냉매 트랩 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 9 항에 있어서,
상기 냉매 트랩 입구 배관의 관경은 0.75mm이고,
상기 냉매 트랩 출구 배관의 관경은 0.85mm인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 9 항에 있어서,
상기 냉매 트랩은,
상기 트랩 입구 배관이 삽입되는 제 1 직선부와,
상기 트랩 출구 배관이 삽입되는 제 2 직선부, 및
상기 제 1 직선부와 상기 제 2 직선부를 연결하는 라운드부를 포함하는 냉장고.
제 12 항에 있어서,
상기 라운드부의 곡률 반경은 25mm ~ 35mm 범위 내인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 12 항에 있어서,
상기 라운드부의 곡률 반경은 30mm인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 1 항에 있어서,
상기 응축기의 출구단에 배치되는 분지 밸브;
상기 분지 밸브에서 연장되는 냉장실 응축 냉매 배관;
상기 분지 밸브에서 연장되어 상기 제 1 팽창변에 연결되는 냉동실 응축 냉매 배관;
상기 냉장실 응축 냉매 배관의 단부에 연결되는 냉장실 팽창변;
상기 냉장실 팽창변의 출구단에 연결되는 냉장실 팽창 냉매 배관;
냉장실 팽창 냉매 배관에 연결되며, 상기 냉장실 팽창변에서 팽창된 냉매로 상기 냉장실을 냉각하는 냉장실 증발기; 및
상기 냉장실 증발기와 상기 압축기를 연결하는 냉장실 증발 냉매 배관을 더 포함하는 냉장고.
제 15 항에 있어서,
상기 압축기는 다단 압축기인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제 1 항에 있어서,
상기 냉장실 냉각을 위하여 제공되는 냉장실 냉각 사이클을 더 포함하고,
상기 냉장실 냉각 사이클은,
냉장실 압축기;
상기 냉장실 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 냉장실 응축기와;
상기 냉장실 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창변;
상기 냉장실에 배치되어, 상기 냉장실 팽창변에서 팽창된 냉매를 증발시켜 상기 냉장실을 냉각하는 냉장실 증발기; 및
상기 냉장실 압축기와, 상기 냉장실 응축기와, 상기 냉장실 팽창변, 및 상기 냉장실 증발기를 연결하는 냉배 배관을 포함하는 냉장고.